发电厂、变电所的接地装置解读课件

发电厂、变电所的接地装置长沙理工大学电气与信息工程学院发电厂、变电所的接地装置长沙理工大学电气与信息工程学院1第一节发电厂、变电所接地的意义

发电厂、变电所的接地好坏直接关系到设备和人身的安全，因而愈来愈受到人们的重视，因为发电厂、变电所的接地网不但要满足工频短路电流的要求，还要满足雷电冲击电流的要求。以前由于接地网的缺陷，曾发生了不少事故，事故的原因既有地网接地电阻方面的问题，又有地网均压方面的问题。随着电网的发展，特别是发电厂、变电所内微机保护、综合自动化装置的大量应用，这样弱电元件对接地网的要求更高，地电位的干扰对监控和自动化装置的影响不得不引起人们重视。为了保证发电厂、变电所的接地网必须着重解决以下问题。（1）接地网的接地电阻问题，因为它直接关系到工频接地短路和雷电流入地时地电位的升高。第一节发电厂、变电所接地的意义发电厂、变2

（2）地网均压问题，特别是接地网的局部容易向电缆沟内的电缆产生反击造成控制保护设备的损坏引发恶性事故。（3）设备接地问题，特别严重的是有的防雷设备，如避雷线、避雷器的接地不好，会产生很高的残压和反击过电压，如信阳县110kV变电所在1992年做地网连通试验时发现，110kV电压互感器、避雷器间隙与地网不通，110kV系统与地网不通，结果在那几年，年年雷雨时都打坏设备。（4）接地线的热稳定，如果接地线的热稳定达不到要求，在接地短路电流流过时，就会把接地线烧断，造成设备外壳带电，还容易发生高压向保护和控制线反击。如平桥电厂，在1987年7月就发生过一次事故，其原因是由于35kV断路器内短路，而接地线又被烧断开路，造成了高压向保护电缆反击，使继电保护瘫痪，事故扩大。（2）地网均压问题，特别是接地网的局部容易向电3

第二节发电厂、变电所接地的一般要求一、发电厂、变电所的接地电阻1、有效接地系统和低电阻接地系统

有效接地系统和低电阻接地系统中发电厂、变电所电气装置保护接地的接地电阻应符合下列要求。一般情况下，接地装置的接地电阻应符合下式要求

式中R——考虑到季节变化的最大接地电阻，Ω；I——流经接地装置的入地短路电流。A。（5）接地网的腐蚀问题，由于接地装置在地下运行，故运行条件恶劣，特别是在一些潮湿和有害气体存在的地方，或土壤呈酸性的地方最容易发生腐蚀。腐蚀接地网的电气参数会发生变化，甚至会造成电气设备的接地与地网之间，地网各部分之间形成电气上的开路，因而应受到特别的重视。（2-1）第二节发电厂、变电所接地的一般要求一、发电厂、变4式中（2-1）中计算用流经接地装置的入地短路电流，采用在接地网内、外短路时，经接地装置流入地中的最大短路电流对称分量最大值，

该电流应按5-10年发展后的系统最大运行方式确定，并应考虑系统中各接地中性点间的短路电流分配，以及避雷线中分走的接地短路电流。发电厂或变电所内外发生接地短路时，流经接地装置的电流可分别按下式计算

（2-2）式中I——入地短路电流，AImax——发生接地短路时的最大接地短路电流，AIN——发生最大接地短路电流时，流经发电厂、变电所接地中性点的最大接地短路电流，A

Ke1、Ke1——分别为发电厂、变电所内或外短路时，避雷线的工频分流系数。计算用入地短路电流取两式中较大的I值。式中（2-1）中计算用流经接地装置5（2）当接地网的接地电阻由于受条件限制，比如土壤电阻率较高，又没法扩大地网，地下又没有可以利用的地层时，可以通过技术经济比较，适当增大接地电阻，但不得大于5Ω，其人工接地网及有关电气装置应符合以下要求：1）为防止转移电位引起的危害，对可能将接地网的高电位引向厂、所外或将低电位引向厂、所内的设施，应采取隔离措施。例如：对外的通信设备加隔离变压器；向厂、所外供电的低压线路采用架空线，其电源中性点不在厂、所内接地，改在厂、所外适当的地方接地；通向厂、所外的管道采用绝缘段、铁路轨道分别在两处加绝缘雨尾板等等。2）考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网地位升高时，发电厂、变电所内的3-10kV阀式避雷器不应动作或动作后应承受被赋予的能量。3）设计接地网时，应验算接触电压和跨步电压。（2）当接地网的接地电阻由于受条件限制，比如土壤电6

2、不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中，发电厂、变电所电气装置保护接地的接地电阻应符合下列要求。（1）高压与发电厂、变电所电力生产用低压电气装置共用的接地装置应符合下式要求（2-3）但不应大于4Ω。（2）高压电气装置的接地装置，应符合下式要求（2-4）式中R——考虑到季节变化的最大接地电阻，ΩI——计算用的接地故障电流，A。

2、不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统7（3）消弧线圈接地系统中，计算用的接地故障电流应采用下列数值：①对于装有消弧线圈的发电厂、变电所电气装置的接地装置，计算电流等于接在同一接地装置中同一系统各消弧线圈额定电流总和的1.25倍；②对与不装消弧线圈的发电厂、变电所电气装置的接地装置计算电流，等于系统中断开最大一台消弧线圈或系统中最长线路被切除时的最大可能残余的电流值。（4）在高土壤电阻率地区的接地电阻不应大于30Ω，且应符合跨步电压和接触电压的要求。

3、发电厂、变电所电气装置雷电保护接地的接地电阻（1）独立避雷针（含悬挂独立避雷线的架构）的接地电阻。在土壤电阻率不大于500Ω.m的地区不应大于10Ω，允许采用较高的电阻值，但空气中和地中距离必须符合下列要求：（3）消弧线圈接地系统中，计算用的接地故81）避雷针与配电装置带电部分、发电厂和变电所电气设备接地部分、架构接地部分之间的空气中距离，应符合下式要求

式中——空气中距离，m——避雷针的冲击接地电阻，Ωh——避雷针校验点的高度，m。2）独立避雷针的接地装置与发电厂或变电所接地网间的地中距，应符合式（2-6）的要求（2-6）式中——地中距离。

（2-5）如不能满足式（2-6）时，避雷针的接地装置也可与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点至35kV及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。1）避雷针与配电装置带电部9

（2）变压器门型构架上的避雷针、线的接地电阻，除水力发电厂外，在变压器门型架构上和在离变压器主接地线小于15m的配电装置的架构上，当土壤电阻率大于350Ω.m时，不允许装设避雷针、避雷线；如不大于350Ω.m，则应根据方案比较经济效益，并经过计算后采用相应的防止反击措施，并至少遵守下列规定，方可在变压器门型构架上装设避雷针、避雷线。1）装在变压器门型架构上的避雷针应与地网连接，并沿不同方向引出3-4根放射型水平接地体。在每根水平接地体上离避雷针架构3-5m处装设一根垂直接地体。2）直接在3-35kV变压器的所有绕组线上或在离变压器电气距离不大于5m的条件下装设阀式避雷器。

高压侧电压为35kV的变电所，在变压器门型架构上装设避雷针时，变电所接地电阻不应超过4Ω（不包括架构基础的接地电阻）。4、其他要求（2）变压器门型构架上的避雷针、线的接地电阻，除10二、发电厂、变电所的接地网均压要求

确定发电厂、变电所接地装置的型式和布置时，考虑保护接地的要求，应降低接触电位差和跨步电位差，并应符合下列要求：（1）在110kV及以上有效接地系统和6-35kV低电阻接地系统，发生单相接地或异点两相接地时，发电厂、变电所接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值

（1）发电厂和变电所酥油爆炸危险，且爆炸后有可能波及发电厂和变电所内主设备或严重影响发供电的建（构）筑物，防雷电感应的接地电阻不应大于30Ω。（2）发电厂的易燃油和天然气设施防静电接地的接地电阻不应大于30Ω。（2-7）（2-8）二、发电厂、变电所的接地网均压要求确定发电厂、11

式中Ut——接触电位差，V

Us——跨步电位差，V

t——人脚战立处地表面的土壤电阻率，Ω.m

——接地短路（故障）电流持续时间，s。0

（2）3-66kV不接地、经消弧线圈接地和高电阻接地系统，发生单相接地故障后，当不迅速切除故障时，发电厂、变电所接地装置的接触电位差和跨步电位差不应超过下列数值

（3）在条件特别恶劣的场所，例如水田中，接触电位差和跨步电位差的允许值宜适当降低。

（2-9）

（2-10）式中Ut——接触电位差，V

12

三、发电厂、变电所接地装置的热稳定

（1）在有效接地系统中，发电厂、变电所电气设备接地线的截面，应按接地短路电流进行热稳定效验。钢接地线的短时温度不应超过400oC，铜接地线不应超过450oC，铝接地线不应超过300oC。（2）效验不接地、消弧线圈接地和高电阻接地系统中电气设备接地线的热稳定时，敷设在地上的接地线长时间温度不应大于150oC，敷设在地下的接地线长时间温度不应大于100oC。当按70oC的允许载流量曲线选定接地线的截面时，对于敷设在地上的接地线，流过接地线的计算电流应采用单相接地故障电流的60%；对于敷设在地下的接地线，流过接地线的计算电流应采用单相接地故障电流的75%。（3）与架空送、配电线路相连的6-66kV高压电气设备接地线，还应按两相异地短路效验热稳定，接地线的短时温度同（1）。三、发电厂、变电所接地装置的热稳定13

四、发电厂、变电所接地装置的防腐要求

（1）计及腐蚀影响后，接地装置的设计使用年限，应与地面工程设计使用年限相当。（2）接地装置的防腐蚀设计，宜按当地的腐蚀数据进行。（3）在腐蚀严重地区，敷设在电缆沟中的接地线和敷设在屋内或地面上的接地线，宜采用热镀锌；对埋入地下的接地体宜采用适当的防腐措施，如在接地体四周施加高效膨润土降阻防腐剂，或者采用阴极保护等措施。接地线与接地极或接地极之间的焊接点，应涂防腐材料。

五、发电厂、变电所地网的形式要求

发电厂、变电所电气装置的接地装置，除了利用自然接地极外，敷设以水平接地体为主的人工接地网。人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半。接地网内应敷设水平均压带。接地网的埋设深度不宜小于0.6m，有条件的埋设在1m以下。北方冻土区应埋设在冻土层以下。四、发电厂、变电所接地装置的防腐要求14接地网可采用长孔网或方孔网，但方孔网的均压，特别是在冲击电流作用下的均压效果要好得多。接地网的均压带可采用等距或不等距布置。35kV以上变电所接地网边缘经常有人出入的走道外，应铺设砾石、沥青路面或在地下装设两条与地网相连的均压带。

六、发电厂、变电所设备接地要求

（1）发电厂、变电所电气装置中下列部位应专门敷设接地线接地：1)发电机座或外壳、出线柜、中性点柜的金属底座和外壳、封闭母线的外壳；2)110kV及以上的钢筋混凝土构件支座上电气设备的金属外壳；3)箱式变电所的金属箱体；4)直接接地的变压器中性点；5)变压器、发电机、高压并联抗器中性点所接消弧线圈、接地网可采用长孔网或方孔网，但方孔网15接地电抗器、电阻器或变压器等的接地端子。6)GIS的接地端子；7)避雷器，避雷针、线等的接地端子。（2）发电厂、变电所GIS的接地线及其连接应符合以下要求：1）三相共箱式或分相式的GIS，其基座上的每一接地母线应采用分设其两端的接地线与发电厂或变电所的接地网连接。接地线并应和GIS室内环形接地母线连接。接地母线较长时，其中部宜另加接地线，并连接至接地网。接地线与GIS接地母线采用螺栓连接式，并应采取防腐蚀措施。2）当GIS露天布置或装设在室内与土壤直接接触的地面上时。其接地开关、金属氧化物避雷器的专用接地端子与GIS接地母线的连接处，宜装设接地装置。3）GIS室内应敷设环形接地母线，室内各种设备需接地的部位应以最短路径与环形接地母线连接。GIS布置于室内楼板上时，其基座下的钢筋混凝土地板中的钢筋应焊接成网，并和环形接地母线相连接。接地电抗器、电阻器或变压器等的接地端子。16

（3）发电厂、变电所配电装置构架上的避雷针（含悬挂避雷线的架构）的集中接地装置，应与主接地网连接，由连接点至变压器接地点沿接地极的长度不应小于15m。（4）与发电厂主厂房、主控楼，变电所电气装置地网之间的连接方式，应采取加强分流，装设集中接地装置。设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点，避雷针接地引下线尽量远离电气设备等，并宜在靠近避雷针的发电机出口处装设一组旋转电机阀式避雷器。主控室、配电室和35kV及以下变电所的屋顶上，如装设直击雷保护装置时，若为金属屋顶或屋顶上有金属结构，则将金属部分接地；若屋顶为钢筋混凝土结构，则将其焊接成网状接地；若结构为非导电的屋顶时，则采用避雷带保护，该避雷带的网格为8-10m，每隔10-20m设引下线接地。上述接地引下线与主接地网连接，应在连接处加装集中接地装置。（3）发电厂、变电所配电装置构架上的避雷17

（5）发电厂易燃油、可燃油、天然气和氢气等贮罐、装卸油台、铁路轨道、管道、鹤管套筒及油槽车等防静电接地的接地位置、接地线、接地极布置方式等，应符合下列要求：1）铁路轨道、管道及金属桥台，应在其始端、末端，分支处以及每隔50m处设防静电接地，鹤管应在两端接地。2）厂区内的铁路轨道应在两处用绝缘装置与外部轨道隔离。两处绝缘装置间的距离应大于一列火车的长度。3）净距小于100mm的平行或交叉管道，应每隔20m用金属线跨接。4）不能保护良好电气接触的阀门、法兰、弯头等管道连接处也应跨接。跨接线可采用直径不小于8mm的圆钢。5）油槽车应设防静电接地卡。6）易燃油和天然气浮动贮罐顶，应用可绕的跨接线与罐体相连，且不应少于两处。跨接线可用截面不小于25mm2钢绞线或软铜线。7）浮动式电气测量的铠装电缆应埋入地中，长度不宜小于50m。（5）发电厂易燃油、可燃油、天然气和氢气等18第三节发电厂、变电所网格式接地网的接地电阻计算

发电厂、变电所的接地网一般为网格式地网，论形式可分为长孔地网和方孔接地网，如地网面积相同，方孔地网要比长孔地网所用的钢材要多些，但方孔地网由于其均压特性、冲击特性都优于长孔地网。同时，方孔地网也更有利于地面设备的接地。8）金属罐体钢板的接缝、罐顶与罐体之间以及所有管、阀与罐体之间，应保证可靠的电气连接。若发电厂、变电所的接地网所占面积A，则当该面积内全部铺满钢材，即地网成为一面积为A的金属板时，其接地电阻可达最小值。反之，把水平接地体减少到只剩一个勾划出地网轮廓的外框上时，接地电阻将达到最大值。如果把发、变电所的地网所占面积用一等值的圆面积近似取代，则地网接地电阻的最小值R1和最大值R2可分别用圆盘电极和圆环电极的接地电阻计算公式进行估算，即第三节发电厂、变电所网格式接地网的接地电阻计算19（2-11）（2-12）其中式中h——埋深，m；b——圆盘、环的等效半径，m；d——接地导体等效直径，m；取A=100×100（m2），d=0.02m，h=0.8m，b==56.42m，代入式（2-11）或式（2-12），可得地网接地电阻的最小值R1=0.435Ω，最大值R2=0.734Ω。也就是说，即使我们把地网内全部铺满钢材，接地电阻不过下降，这是因为内部的钢材被四周的轮廓所屏蔽，电流绝大部分都是由四周的轮廓所散出的缘故。可见，在地网内铺设很多钢材，对降低接地电阻的效果是不大的。（2-11）（2-12）其中式中h——埋深，m；取A20

由于和相差不太大，所以在估算实际的网状接地极的接地电阻时，可以用在的基础上加修正项的方法。略去埋深h的影响，把式（2-11）简化为

这样，实际网状接地电极的接地电阻可按下式估算

式中L——接地体（包括水平与垂直的）总长度，m——面积为A的金属板的接地电阻——考虑到实际地网不是金属板而引入的修正项，它比前一项要小很多。

（2-13）（2-14）由于和相差不太大，所以在估算实际的网状接地21式（2-14）也可进一步简化为

也就是说，当ρ=100Ω.m时，为得到0.5Ω的接地电阻，接地网的面积不能小于100×100（m2）

二、用内插法计算接地网的接地电阻

1、圆环或圆盘的接地电阻由于发电厂、变点所的地网占地面积一般都比较大，垂直接地体对地网接地电阻所起的作用不大，又由于实际地网的结构介于圆盘和圆环之间，且圆盘和圆环的接地电阻相差又不太大，所以圆形地网的接地电阻可以用圆盘和圆环的接地电阻为基础，用内插法求出。参照式（2-11）所给出的圆盘的接地电阻计算公式和式（2-12）所给出的圆环的接地电阻计算公式，把圆形地网的接地电阻计算公式内插为下面的形式

（2-15）

式（2-14）也可进一步简化为也就是说，当ρ=22

式中A——圆形地网的占地面积L——水平接地体的总长度和——待定系数，可根据圆环和圆盘的接地电阻定出。注意到，当时，R应等于圆盘的接地电阻，即

因此，待定系数，必定为1。

（2-16）式中A——圆形地网的占地面积（2-16）23

当时，R应等于圆环的接地电阻，即

（2-17）当24

其中

2、方形和矩形地网的接地电阻（1）方形地网。考虑到保持周长不变将圆环改变为方框后，占地面积将由原来的A缩小为，把式（2-18）第二项中的A用取代，再在第一项中考虑圆盘变为方板的修正后，可得方形地网的接地电阻公式为（2-19）

即方形地网的接地电阻等于方板接地电阻的接地电阻加上一个修正项，据此，矩形地网的接地电阻也可写成矩形板接地极的接地电阻和某一电阻增量之和。（2-18）（2-20）其中（2-18）（2-20）25

（2）矩形板长宽比的地网。根据不同的长宽比时矩形板接地极的计算结果，当矩形板的长宽比为时，矩形电极的接地电阻计算公式可以方板电极的计算公式为基础，拟为（2-21）用式（2-21）取代式（2-19）右侧的第一项，保留方形地网中的函数形式，用矩形地网的面积ab取代A，即可得矩形（包括方形）地网的接地电阻计算公式为

式中

（2-22）（2）矩形板长宽比的26

式（2-22）可用来计算的任何矩形地网的接地电阻，其误差一般小于±2%。（3）任意矩形地网。在保持矩形地网的外框周长L1=2（a+b）不变的情况下，改变a与b的比值，使a=b时，地网的接地电阻将等于方形地网的接地电阻；当时，地网的接地电阻将趋近于一个长度为L=L1/2的单根水平接地体的阻值。因此矩形地网的接地电阻可在方形地网时的和单根水平接地极时的间取值，并写成下面的形式（2-23）

考虑到由地网衍生出的单根水平接地体是由矩形的两边长所成，其直径可近似地取为原有接地体的两倍，这样将有（2-24）

式（2-22）可用来计算27

又考虑到方形地网的接地电阻将随所敷设的网状均压带数的增加而减小，当接地体的总长度时，方形地网的接地电阻将等于方板电极的接地电阻R；当接地体的总长度L为其外框的长度L1，即L=L1时，方形地网的接地电阻将等于方框电极的接地电阻R2。因此方形地网的接地电阻可在方形电极时的和方框电极时的和方框电极时的R2间取插值，并写成下面的形式

式中可近似求出为

R2则可用式（1-1）求得为（2-25）（2-26）又考虑到方形地网的接地电阻将随所敷设的网状均28取，即按周长相等的条件进行矩形和方形地网的换算，式（2-25）、式（2-26）和式（2-27）可改写为下面的形式，即

（2-27）（2-28）（2-29）（2-30）（2-27）（2-28）（2-29）（2-30）29

式（2-28）和式（2-23）中的α和β可根据计算机程序计算的结果拟合，它们分别为

这样即可算出任意a/b值下的矩形地网接地电阻，其误差在±2%范围内。

三、垂直接地体对地网接地电阻的影响为了搞清垂直接地体对降低地网的总接地电阻的作用，可比较一下圆盘接地体的接地电阻和带垂直电极的圆盘接地体的接地电阻，作为圆盘下打垂直电极的极限情况。我们来计算一个厚度为a的圆盘（相当于在圆盘下一根挨一根密密麻麻地敷设长度为a的垂直电极）的接地电阻，注意到垂直电极的长度一般不超过2.5m，要比地网的等值半径小得多。

（2-31）（2-32）式（2-28）和式（2-23）中的α和β可30

因此，这一厚度为a的圆盘可以近似为半个扁球体，其短半径为a，长半径为b。在由拉麦方法所得出的椭球体的电容计算公式中，令θ=0，b=c，即可求出扁球体的电容为（2-33）由此可得半个扁球体的接地电阻为（2-34）

比较式（2-13）和式（2-34）可知，打许多密密麻麻的垂直接地体对降低接地电阻所起的作用不过为

（2-35）因此，这一厚度为a的圆盘可以近似为半个扁球体31表2-1中给出了按式（2-35）计算所得的，不同面积地网中垂直接地极对降低地网接地电阻所起的作用，其中地网为方形由9根×9根、40mm×40mm扁钢水平排列组成，垂直接地体为均匀分布的81根2.5m长的接地体，表中同时列出了模拟试验的结果。模拟试验结果和计算结果非常接近，可见在大中型地网中，垂直接地体对降低接地网工频接地电阻的作用很小，约为2%-8%。这就是说，如果在大中型地网内密密麻麻地打许多垂直接地极，由于其互相的屏蔽作用并不能起到有效的降阻作用，因而垂直接地极只是装设在主变压器、避雷针、避雷器下面，为了加强冲击电流的扩散而装设的集中接地体。用于降阻的只是在接地网的外缘，并且垂直接地极互相间的间距应大于垂直接地体长度的2倍。

表2-1中给出了按式（2-35）计算32表2-1在大中型地网中打2.5m长的垂直接地体对降低接地电阻的作用

另外，垫土层所回填的双层土壤，为了贯穿下层土壤，可用垂直极进行贯穿。为了降阻，也可打较深的竖井，用较长的垂直极，把平面地网变为立体接地体进行降阻。

地网所占面积A（m2）100007225648025002500模拟试验结果__3.2%5.7%8%理论计算结果2.8%3%4%5.2%8.4%表2-1在大中型地网中打2.5m长的垂直接地体对降低接地33第四节发电厂、变电所地面电位分布

由于土壤电阻的存在，电流自接地电极往周围土壤流散时，会在土壤中产生压降并形成一定的地表电位分布。因此，当人在接地极附近走动时，人的两脚将处于大地表面的不同电位点上。两脚间的跨距T，我国取0.8m，国外多用1m，相当于人的跨距的地面两点间的电位差，称为跨步电势Ek。当人站立于电极附近的地面上用手去接触电气设备外壳时，人的是手和脚将具有不同的电位，地面上离设备水平距离为0.8m处与设备外壳离地面高1.8m处两点间的电位差，称为接触电势Ej。显然，当跨步电势或接触电势超过一定值时，就会导致人体的触电事故。另外，当接地短路电流经地网的某一点入地时，还会造成地网的局部电位升高。如果附近有弱电设施或控制、保护等弱电线路存在，这高电位会向弱电设备产生反对弱电设施构成危害产生事故，这样的事故已不鲜见。因此，对于发电厂、变电所的接地网地面的电位分布应进行认真的研究，从而采取必要的措施，来限制跨步电势、接触电势和局部电位升高。第四节发电厂、变电所地面电位分布34

一、发电厂、变电所经接地装置的入地短路电流及电位计算

1、流经接地装置的电流接地网地面的跨步电势Ek，设备的接触电势Ej和地网的局部电位升高，无不与流经接地网的接地短路电流有关，因此，我们首先要对接地短路电流进行计算。厂或所内、外产生接地短路时，流经接地装置的电流可别按下式计算

（2-36）（2-37）一、发电厂、变电所经接地装置的入地短路电流及电35式中I——入地短路电流，A；——接地短路时的最大接地短路电流，A；——发生最大接地短路电流时，流经发电厂、变电所接地中性点的最大接地短路电流，A；、——分别为厂、所内外短路时避雷线的工频分流系数。计算用入地短路电流取上两式中较大的I值。2、避雷线的工频分流系数计算（1）接地网内短路时，工频分流系数可用下式计算

（2-38）式中I——入地短路电36

初步估计时，=0.5。（2）接地网外短路时，工频分流系数为

初步估计时，=0.1。上两式中

（2-40）

（2-39）（2-41）

初步估计时，=0.5。（2-337

式中——线路平均档距，m；——接地网的工频接地电阻，Ω；——架空输电线路导线与地线间平均档距的零序互感抗，Ω；——避雷线对导线的几何平均距离，m；——避雷线平均档距的零序阻抗，Ω。其中

式中f——频率，取50Hz；——线路所经地段的土壤电阻率平均值，Ω.m。对双避雷线时

（2-42）式中——线路平均档距，m；（2-4238

单避雷线时上两式中——1号避雷线对导线A、B、C相的距离，m；——2号避雷线对导线A、B、C相的距离，m。表达为式中P——避雷线根数；r——避雷线电阻，Ω/km，见表2-2；——等价避雷线的几何平均半径，m。双避雷线时，

单避雷线时=。

（2-43）单避雷线时（2-43）39上两式中——避雷线间的距离，m。其中，用于钢芯铝线；为避雷线半径，m，其值见表2-2。表2-2钢绞线和钢芯铝线的电阻和内感抗

用于钢绞线xne为单位长度钢绞线的内感抗，Ω/km，见表2-2。

钢绞线GJ截面/半径（mm2/mm）35/3.950/4.670/5.75电阻（Ω/km）4.63.52.2内感抗（Ω/km）2.41.51.2钢芯铝线LGJ截面/半径（mm2/mm）120/7.6150/8.5185/9.5电阻（Ω/km）0.270.210.17上两式中——避雷线间的距离，m。403、计算工频分流系数的要点（1）计算工频分流系数时，应先了解避雷线有无绝缘装置。对于绝缘装置的避雷线，才考虑避雷线的分流。（2）计算接地网内短路避雷线的工频分流系数时，需已知接地网的接地电阻，其方法如下：1）预先估计一个可能达到的接地电阻Rg，由式（2-36）和式（2-37）算出I，而I和Rg的乘积应满足IRg≤2000V。2）如果估计到I＞4000A，则取Rg=0.5Ω。3）在高电阻地区，如不能满足Rg≤0.5Ω，或Rg≤2000/I时，可按现场情况取一个接地电阻Rg，但不得超过5Ω，由式（2-36）和式（2-37）可算出I。除验算接触电势和跨步电势外，还应验算工频反击过电压。有多回与系统连接的架空输电线路时，计算用的工频分流系数Ke2应取其中分流系数最小者。3、计算工频分流系数的要点41【例2-1】如图2-1所示，已知一回110kV线路的参数：导线型号LGJ—185，避雷型号GJ—50，平均档距Lav=300m，接地短路点单相接地短路电流Ik=4663A，流经电厂变压器接地中性点的单相接地短路电流IN=1383A。解：（1）计算1）计算，若ρ=500Ω.m，则

【例2-1】如图2-1所示，已知一回110kV线路的参数：导42图2-1110kV线路，直线杆示意图（m）图2-1110kV线路，直线杆示意图（m）43

2）计算。避雷线根数p=1；避雷线电阻由表2-2查得r0=4.6×10-3Ω/m，避雷线内感抗=1.5Ω/km，则等价避雷线的几何平均半径为

3）计算，设全厂接地电阻为Rg=1.32Ω，故得2）计算。避雷线根数44

（2）接地短路发生在接地网内时，工频分流系数Ke1及入地短路电流I值的计算。由式（2-38）得由式（2-36）得I=（4662-1383）×（1-0.415）=1919（A）（3）接地短路发生在接地网时，、I值的计算。由式（2-39）得

由式（2-37）得I=1383（1-0.0862）=1263（A）（2）接地短路发生在接地网内时，工频分流系数K45

（4）接地装置的电位发生接地故障时，接地装置的电位按下式计算Eg=IRg（2-44）式中I——计算用入地短路电流，A

Rg——接地装置（包括人工接地网极其连接的所有其他自然接地体）的接地电阻，Ω。

二、跨步电势和接触电势及其计算接地短路电流经接地装置流向大地时，由于不同形状和不同埋深的电极会有不同形状的地表电位分布，因此最大跨步电势Ekm和最大接触电势Ejm出现的位置将和电极的形式、尺寸以及埋深有关，但一般均在电极附近。土壤分层的情况下，Ekm和Ejm的数值及出现的位置也会受下层土壤电阻率的影响，但根据电流场的基本公式E=jρ可推知，跨步电势和接触电势主要是由电极附近的地表电流密度j决定的。（4）接地装置的电位46而上层土壤厚度足够大时，电极附近的电流密度将主要由电极的形状、尺寸和埋深决定，基本不受下层土壤的影响。计算表明，当流入电极的电流不变时，只要上层土壤的厚度10倍于人的跨步距离，则下层土壤所引起的跨步电势和接触电势的变化一般不会超过10%。因此，在计算跨步电势和接触电势时，可只考虑上层土壤的作用，按均匀土壤处理，在双层土壤时再略加修正即可。对给定的电极，接地电阻R具有一定的数值，此时Ekm和Ejm将随着流入接地电极的电流I，或电极的电位U=IR而变化，但它在电极电位中所占的百分比将是一个常量。如果把最大跨步电势和相应的电极电位的比值称为跨步电势系数Kk,即

（2-45）而上层土壤厚度足够大时，电极附近的电流密度将主要由电47

把最大接触电势Ejm和相应的电极电位的比值，称为接触电势系数Kj，即（2-46）则接地网的均压性就可以用这两个指标来衡量。双层土壤时接地电极的垮步电势系数和接触电势系数，可按照流入接地电极的电流不变，同一接地电极的最大跨步电势和最大接触电势不变的原则写出。如果双层土壤中电极的接地电阻为R’,则有（2-47）式中——上层土壤的电阻率；——双层土壤中计算接地电阻所用的等值电阻率。把最大接触电势Ejm和相应的电极电位的比值，称为接48

显然不同形状和不同埋设方式的接地装置，将具有不同的跨步电势系数和接触电势系数。（1）均压带等距布置时接地网地表面的最大接触电位差、跨步电位差的计算。1）最大接触电位差可按下式计算（2-48）式中——最大接触电位差，V；——最大接触电位差系数；——接地装置的电位，V。当接地极的埋设深度h=0.6-0.8m时，可按下式计算

式中，、、和为系数，对30×30（m2）的接地网，可按式（2-50）计算（2-49）显然不同形状和不同埋设方式的接地装置49式中n——均压带根数d——均压带等效直径，m——接地的长度和宽度。2)接地网外的地表面最大跨步电位差可按下式计算式中——最大跨步电位差；——最大跨步电位差系数；——接地装置的电位，V。（2-50）

（2-51）（2-50）（2-51）50正方形接地网的最大跨步电位差系数可按下式计算

（2-52）

式中A——接地网面积，m2；而T=0.8m，即跨步距离。对于矩形接地网，n值由下式计算式中——接地网的外缘边线总长度，mL——水平接地极的总长度，m。（2-53）

正方形接地网的最大跨步电位差系数可按下式计算（251

（2）均压带非等间距布置时正方形或矩形接地网地表面的最大接触电位差和最大跨步电位差的计算。1） 接地网地表面最大接触电位差仍采用式（2-48）计算，但变为（2-54）式中各系数依次为最大接触电位差的等效直径系数、埋深系数、形状系数、网孔数系数和根数影响系数，且（2）均压带非等间距布置时正方形或矩形接地网地52

式中A——-接地网面积，m2；——沿长方向布置的均压带根数；——沿宽方向布置的均压带根数；h——水平均压带的埋设深度；d——均压带等效直径，m；——接地网的长度和宽度。2）接地的最大跨步电位差仍用式（2-51）计算，但变为（2-55）

式中各系数依次为对最大跨步电位差的等效直径、埋深、形状、网孔数和根数的影响系数式中A——-接地网面积，m2；53

式中m--接地网孔数，其中m=(-1)(-1)当人站在网孔中心附近地面电位的最低点，用手去接触接地的金属导体时，人的手和脚间将有最大的电位差，这一电位差叫做网孔电势。地网的最大网孔电势也就是最大接触电势。方孔地网的最大接触电势总是出现在地网的边角网孔处；长孔地网的最大接触电势则发生在相当与方格边角孔的地方。虽然边角网孔中地面电位的最低点往往偏离网孔中心沿对角线的方向外移。然而为方便起见，可把地网的最大接触电势定义为边角网孔（或相当于边角网孔）中心地面对地网的电位差。发电厂、变电所的接地装置解读课件54

在式（2-49）中，Kn为地网单方向的平行均压带根数n的影响系数，Kd为水平接地体导线直径d的影响系数，Ks为地网面积A的影响系数。在工程中常用的地网埋深0.6-0.8m的范围内，埋深的变化对接触电势的影响很小，地网的接触电势系数将随n的增大而减小。在同一n下，接触电势系数则随d的减小而增大，随面积A的减小而减小，且长孔地网的接触电势系数比方孔地网为大。如果地网的均压带根数n（纵、横两个方向之和）相等，当n小于16根时，长孔的Kn比方孔的Kn小，当n大于16根时，长孔的Kn比方孔的Kn大，这是因为当n较大时，在由纵方向平行均压带组成的长孔地网中，沿着纵方向的电位差很小，接触电势的主要分量是横方向的电位差。在这种情况下再增加纵方向的平行均压带效果已不大，如果能加上横向的平行均压带以减少横方向的电位差就可使Kn值下降。由此可见，当总的均压带根数小于等于16根时宜用长孔地网，大于16根时宜用方孔地网。随着均压带总根数的增大，Kn的下降将愈来愈慢，因此不宜采用增加均压带根数的方法来降低最大接触电势。均压带间距在小的接地网中可取3-5m，在大型地网中可取10m。在式（2-49）中，Kn为地网单方55第五节跨步电压和接触电压应该指出，上节所讲的跨步电势Ek是上无人时地面某点和接地导体间的电位差，并不是当有人在地面行走或站立时人的两脚间或手和脚间所受的电压，这是因为人的两脚与土壤间有接触电阻存在的缘故。为了计算人的脚与土壤间的接触电阻，可把人的脚用一半径r=0.08m的圆盘近似取代，参看图2-2，利用均匀土壤中圆盘的接地电阻计算公式，即可写出当人在地面行走时每只脚和土壤间的接触电阻R0为

图2-2均匀土壤中人脚与土壤间接触电阻的计算

（2-56）

第五节跨步电压和接触电压图2-2均匀土壤中人脚与56

由于跨步距离T=0.8-1m，远比r大，所以接触电阻R0也可近似为（2-57）图2-3为人体所承受的跨步电压的计算，图2-4为人体承受接触电压的计算。由图2-3可知，当人在地面行走时，人的两只脚和土壤间的接触电压R0以及人体的电阻Rb是串联的，此时人体两脚间受的实际电压，即跨步电压Uk将为

又由图2-4可知，当人站立于地面而用手去接触接地的金属导体时，人的两只脚和土壤间的接触电阻是并联的，因此人的手和脚间所受的实际电压，即接触电压Uj为（2-58）由于跨步距离T=0.8-1m，远比r大，所57图2-3人体所承受的跨步电压计算图2-4人体所承受的接触电压计算图2-3人体所承受的跨步电压计算图2-4人体所承受的接触58

（2-59）

如果取ρ=100Ω.m，人体电阻=1500Ω，则按式（2-58）和式（2-59）可分别计算出作用于人体的跨步电压和接触电压为

即作用于人体的跨步电压只有跨步电势的71.4%，而接触电压降低不多，为接触电势的90.9%。显然，加大地表土壤电阻率可以增大人脚和土壤间的接触电阻，从而使跨步电压和接触电压得到降低。最常用的加大地表土壤电阻率的措施是在地表铺一层厚度为3-10

cm的砾石或用沥青混凝土路面。

59因为砾石或沥青混凝土即使在下雨天仍能保持5000Ω.m的电阻率。铺设砾石或沥青混凝土后，人脚和地面间的接触电阻R0应按双层的模型重新计算。如果简单地把式（2-57）中的ρ换成地表电阻率来计算，会使结果偏大很多。图2-5铺设砾石或沥青混凝土人脚步和地表的接触电阻计算因为砾石或沥青混凝土即使在下雨天仍能60

取砾石或混凝土的厚度为Hs，地表电阻率为，利用图2-5，不难写出导体的自电阻系数为

导体1和导体2间的互电阻系数为

式中r——人脚的半径，一般取r=0.08m；——砾石或沥青、混凝土的厚度，m——地表电阻率，Ω.mn——导体的根数，在这里n=2。（2-60）

其中（2-61）取砾石或混凝土的厚度为Hs，地表电阻61

由此可见人体每只脚和地表间的接触电阻为

取=10㎝，=5000Ω.m，ρ=100Ω.m，则有K=-0.96，此时由式（2-62）求出每只脚的接触电阻将为而作用于人体的跨步电压和接触电压将为可见，用铺设砾石和沥青混凝土的方法来降低跨步电压和接触电压是极为有效的。（2-62）由此可见人体每只脚和地表间的接触电阻为（2-62）62第六节发电厂、变电所接地网的设计

发电厂、变电所接地网的设计按以下步骤进行。

一、资料收集（1）厂、所的规模，即发电厂、变电所的规模大小，如发电厂的装机台数、容量、电压等级。变压所的主变压器台数、容量、电压等级，进出线路回数，发电厂、变电所占地面积大小等。（2）发电厂、变电所所处位置的地形、地势、土质情况、土壤酸碱度等。（3）如为新建厂、所，应首先测量不同深层土壤的土壤电阻率，如采用4极法测量，可把极间距离用a=5、10、15、20m进行测量。如为山坡地形，还要在不同的方位、不同的方向进行测量，从而找出沿横向、纵向和不同深层的土壤电阻率。

（4）厂、所的最终建设规模、分几期建成以及当地电网的4-10年规划。

第六节发电厂、变电所接地网的设计63（5）气象资料收集，主要是降雨情况、长年土壤干湿变化情况、雷电活动情况、雷暴日、落雷密度和雷电强度等。（6）进出线情况，有几回进出线，有无避雷线及线路所经过的区域等。（7）环境资料，主要是了解当地钢铁的腐蚀情况。二、计算设计

1、计算应达到的接地电阻首先应根据发电厂、变电所的规模、电压等级、系统接地方式和电网5-10年发展后系统的接地短路电流值，利用式（2-1）来计算应达到的接地电阻值。

2、计算工频接地电阻

根据发电厂、变电所的规模，占地大小，一次设备和厂房的布置情况来设计接地网的形状和均压带的布置方式，并根据自然接地体和人工接地网的大小，来计算工频接地电阻值。（5）气象资料收集，主要是降雨情况、长64

3、确定地网形式

如属于发电厂和大中型地网应采用方孔地网；如属于35kV及以下小规模变电所的接地网可采用长孔地网，水平均压带的间距，可采用3-12m，可等间距布置，也可不等间距布置，还要看一次设备的分布情况，以有利于设备接地为好。4、接地网的布置

（1）发电厂、变电所的接地装置应充分利用以下自然接地体：1）埋设在地下的金属管道（易燃和有爆炸介质的管道除外）；

2）金属井管；3）与大地有可靠连接的建筑物及构架物的金属结构和钢筋混凝土基础；4）水工建筑物及类似建筑物的金属结构和钢筋混凝土基础；5）穿线的钢管，电缆的金属外皮；6）非绝缘的架空地线。3、确定地网形式65（2）在利用了自然接地体后，应设置人工地网。（3）对发电厂和变电所，不论采用何种形式的人工接地体，如井式接地、深钻式接地、引外接地等，都应敷设以水平接地体为主的人工接地网。对面积较大的接地网，降低接地电阻的主要靠大面积水平接地体。它即有均压、减小接触电势和跨步电势的作用，又有散流的作用。一般情况下，发电厂、变电所接地网中的垂直接地体对人工频散流作用不大。防雷接地装置可采用垂直接地体作为避雷针、避雷线和避雷器附近加强集中接地和散泄雷电流之用。人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半，接地网内应敷设水平均压带。接地网的埋深一般采用0.6-1.0m。在冻土地区应敷设在冻土层以下。（2）在利用了自然接地体后，应设置人工地网66

（4）接地网的边缘经常有人出入的走道处，应铺设砾石、沥青路面或“帽檐式”均压带。但在经常有人出入的地方，结合交通道路的施工，采用高电阻率的路面结构层作为安全措施，要比埋设帽檐式辅助均压带方便。具体采用那种方式应因地制宜。敷设“帽檐式”均压带，可显著降低跨步电压和接触电压。关于均压带的布置方式和尺寸示意图及举例见图2-6和表2-3。图2-6“帽檐式”均压带的间距和埋深示意图（4）接地网的边缘经常有人出入的走道处，67

（5）配电变压器的接地装置宜敷设成闭合环形，以防止因接地网流过中性线的不平衡电流在雨后地面积水或泥泞时，接地装置附近的跨步电压引起行人和牲畜触电事故。间距b1（m）123埋深h1（m）111.5间距b2（m）24.56埋深h2（m）1.51.52表2-3“帽檐式”均压带的间距和埋深5、接地体的选择（1）人工